Wind

Definition

Wind (Griech.: anemos) bedeutet in herkömmlichem Verständnis 'Luftbewegung'. Luftteilchen bewegen sich in eine bestimmte Richtung mit einer bestimmten Geschwindigkeit. Wind ist also eine Vektorgröße, die durch Richtung (Windrichtung in Grad) und Betrag (Windstärke, meist in m/s) beschrieben wird. Wenn man größere Volumen von bewegter Luft beschreiben möchte, dann spricht man von Luftmassen oder Luftpaketen. Die Windstärke wird typischerweise in Metern pro Sekunde (m/s), Kilometern pro Stunde(km/h) oder Knoten (kn, oder etwas veraltet kt) gemessen.

1 km/h ≈ 0,3 m/s

1 kn ≈ 0,5 m/s

Windstärke

Wind gibt es sowohl in Bodennähe als auch in Höhen von mehreren Kilometern. Dabei gilt im Allgemeinen, dass Bodenwinde eine geringere Windstärke als Höhenwinde besitzen. Typischer Wind am Boden besitzt eine Geschwindigkeit von wenigen Metern pro Sekunde. Höhenwinde erreichen am oberen Rand der Troposphäre (in der Höhe von ca. 10-15 km) nicht selten 50-70 m/s. Aber auch am Boden können in einem Tornado, in einem Hurrican, aber auch bei Auf- und Abwinden sehr hohe Windgeschwindigkeiten vorkommen. Der stärkste Wind von 408 km/h (113 m/s) wurde bei der tropischen Zyklone Olivia im Jahr 1996 in Australien festgestellt.

Windstärken werden in bestimmte Klassen eingeteilt. Es wurden mehrere Klassifikationen entwickelt. Die Beaufortskala (0-12 Bft) teilt die Windstärken in 13 Kategorien ein. 0 Bft (Windstärke < 1 km/h) gilt als Windstille. Bei 11 Bft (103-117 km/h) herrscht ein orkanartiger Sturm, dessen Kraft ausreicht, Bäume zu entwurzeln. Bei Windgeschwindigkeiten über 117 km/h endet die Beaufortskala mit 12 Bft. Für die Windstärken, die über die Beaufortskala hinausgehen, wird die Fujita-Tornado-Skala (F0 bis F5) und für Hurricane die Saffir-Simpson-Skala (Kategorie 1-5) verwendet.

Windsysteme

Komplizierte Windsysteme gibt es sowohl in der unteren Atmosphäre (Troposphäre) als auch in den höher liegenden Stockwerken Stratosphäre und Mesosphäre. Die Windsysteme aller drei Stockwerke sind voneinander entkoppelt. Für das Wettergeschehen sind hauptsächlich die Vorgänge der Troposphäre (die unteren 10-15 km der Atmosphäre) verantwortlich. Die Windsysteme in der Troposphäre werden in globale Zirkulationssysteme (Passatwinde, Innertropische Konvergenzzone etc.) und lokale Zirkulationssysteme (Land-See-Zirkulation, Berg-Tal-Zirkulation etc.) unterschieden werden, die auf unterschiedlichen räumlichen Skalen den gleichen Kräften und Gesetzen unterliegen.

Windursache

Die Sonnenenergie sorgt für den Windantrieb. Sie erwärmt die Erdoberfläche ungleichmäßig und schafft somit global oder lokal Druckunterschiede. Die Druckgradientkraft setzt die Luft von Orten mit hohem zu den Orten mit tiefem Druck in Bewegung, um die Druckunterschiede auszugleichen. Global betrachtet, herrscht in der oberen Troposphäre nahe des Äquators hoher Druck und an den Polen tiefer Druck. So sind die äquatorialen Luftmassen bestrebt, polwärts abzufließen. Die stärksten Winde treten bei großen Druckunterschieden auf kurzer Distanz auf. Der starke Höhenwind "Jetstream" bildet sich gerade da aus, wo warme Luftmassen mit hohem Druck auf kalte Luftmassen mit tiefem Druck treffen. Sobald eine Luftmasse sich bewegt, wirkt auf sie die Corioliskraft, die die Luftmasse von ihrem direkten Weg vom hohen zum tiefen Druck ablenkt. Deswegen weht der Jetstream nicht vom hohen zum tiefen Druck von Süd nach Nord, sondern wird durch die Corioliskraft in eine West-Ost-Richtung umgelenkt.

Weitere Kräfte, die die Luftmassentrajektorien bestimmen und hauptsächlich für vertikale Luftbewegungen verantwortlich sind, sind die Schwerkraft und die Auftriebskraft. Die Schwerkraft zieht die Luftmassen Richtung Boden an. Im Gegensatz dazu gibt die Auftriebskraft der Luft die Möglichkeit, sich von der Erdoberfläche fort zu bewegen, also in die Höhe zu steigen. Dies geschieht, wenn eine Luftmasse sich erwärmt. Durch die intensive Sonneneinstrahlung an warmen Tagen werden bodennahe Luftpakete aufgewärmt. Sie werden labil und steigen nach oben. Vertikale Luftbewegung wird auch als Konvektion bezeichnet. Wenn es bei dem Anstieg zur Kondensation kommt, so wird wieder Wärme freigesetzt; dann steigen die Luftpakete weiter in die Höhe. Dieser Vorgang ist ein wichtiger Antrieb bei Tropischen Wirbelstürme.

In Bodennähe wirkt der Windkraft stets eine Kraft entgegen, die den Wind abbremst. Das ist die Reibungskraft. Direkt am Boden ist die Reibungskraft besonders groß und die Windgeschwindigkeit ist deswegen gleich Null.

Rolle des Windes

Der Wind sorgt für den Druckausgleich auf der Erde. Zusammen mit dem Wind werden Feuchtigkeit, Gase, Aerosole und Wärme (latente und fühlbare) transportiert. In der Meteorologie wird ein großräumiger, zeitlich gemittelter Transport als Advektion bezeichnet. Dies ist ein wichtiges Austauschmechanismus der atmosphärischen Zirkulation. Die gesamte Troposphäre wird durch verschiedene Windsysteme horizontal und vertikal durchmischt. Die Durchmischung in der untersten Schicht (bis 1 km Höhe), der sogenannten Mischungsschicht, erfolgt auf einer Zeitskala von Minuten bzw. wenigen Stunden. Die Durchmischungen der gesamten Höhe der Troposphäre bzw. globale horizontale troposphärische Transporte geschehen auf der Zeitskala von mehreren Tagen bis Wochen.

Starke Winde besitzen eine enorme Kraft. Auf dem Meer können sie gigantische Wellen hervorrufen, auf dem Land massive Zerstörungen anrichten. Verwüstungen durch Hurricane und Tormados werden jedes Jahr durch Medien bekannt.

Windkraft wird vom Menschen aber auch seit langer Zeit genutzt, z.B. bei Segelschiffen und Windmühlen. Heutzutage werden vermehrt Windkraftanlagen gebaut, die die Energie des Windes nutzen. Die Bewegungsenergie des Windes (kinetische Energie) wird dabei in elektrische Energie umgewandelt.

Windmessung

Einige Windmessgeräte messen nur die Windgeschwindigkeit, wie Schalensternanemometer, andere geben nur die Windrichtung an, z.B. Windfahnen. Beide erwähnten Geräte sind sehr einfach in ihrem Aufbau, liefern aber aufgrund ihrer Trägheit Messfehler. Ultraschallanemometer sind im Gegensatz dazu in der Lage, Windgeschwindigkeit und -richtung hochfrequent und sehr präzise zu erfassen. Sie kosten jedoch viel mehr als die erstgenannten Geräte. Der Einsatz des Windmessgerätes soll je nach Ziel der Windmessung ausgesucht werden.

Bodennahe Windmessungen werden in der Regel auf der Höhe von 10 m über dem Grund durchgeführt. Wichtig ist dabei, dass das Windfeld um das Gerät herum nicht gestört ist. Nahe stehende Häuser oder Bäume können die Messungen stark verfälschen. Das Gerät könnte so im Windschatten eines Hauses stehen und viel geringere Windstärken messen, als sie in der Tat sind. Als Faustregel gilt: im Umkreis von f Metern (dabei ist f = Höhe des Gerätes x 10) um das Gerät herum soll die Umgebung frei von größeren Gegenständen sein.

Windmessungen in großen Höhen werden anhand von Radiosonden, Radaranlagen, Satelliten etc. durchgeführt.

Wind im Klimawandel

Wenn das Klima sich erwärmt, ändern sich teilweise auch die Windsysteme. Erwartet wird auch, dass die Hurricane an Stärke zunehmen werden. Der mittlere Wind wird sich wenn überhaupt nur gering ändern. Bei Beobachtungen der Klimaänderungen über der Metropolregion Hamburg in den letzten 100 Jahren konnten keine Trends in Bezug auf den Wind festgestellt werden. So kann man z.B. in Norddeutschland laut Klimamodellvorhersagen nur eine sehr geringe Windzunahme von 1-4 % bis Ende des Jahrhunderts erwarten.

Weblinks

• Geschwindigkeitmaßeinheiten umrechnen
• Beaufortskala